Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,重金属是在工业生产和生物学效应方面均具有重要意义的一大类元素，在化学概念上，还没有明确的的定义，但是目前还是有了广为接受的概念,那就是元素的密度大于,6g/cm,3,，具有金属性质,(,延展性、导电性、稳定性、配位特性等，且原子数目大于,20,的元素,),。其中常见的重金属有镉、铬、汞、铅、铜、锌、银、锡等。,重,金,属,的,概,念,重金属离子,(,如,Cu,2+,、,Zn,2+,、,Mn,2+,、,Fe,2+,、,Ni,2+,和,Co,2+,等,),是植物代谢必需的微量元素，但如果它们过量则具有相当毒性。环境污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等。,金属污染土壤的植物修复技术是指利用植物修复和消除由有机毒物和无机废气物造成的土壤环境污染,是一种利用自然生长植物或遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境的技术总称,它是通过植物系统及其根际微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境污染物。,1,、植物修复技术的概念,根据植物修复的机理和作用过程,重金属污染土壤的植物修复技术主要包括植物提取、植物挥发和植物稳定,3,种基本类型。,2,、植物修复技术的分类：,植物挥发：,植物过滤：,植物稳定：,植物提取：,利用植物对重金属的吸收，通过,收获地上部,来达到减少土壤重金属的目的。,植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为,气态物质,，释放到大气中。,二甲基硒、二甲基二硒,利用特定植物的根或植物的分泌物固定重金，以降低其生物有效性。,不易移动的物质,指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来,过滤、降解污染物质的毒性。,Cr6+Cr3+,1,、植物修复几种模式,植物提取是利用耐受并能积累重金属的植物吸收土壤环境中的金属,将它们输送并贮存在植物体的地上部分,通过种植和收割植物而去除土壤中的重金属。这些植物有两大类,:,超积累植物和诱导的积累植物。前者是指一些具有很强的吸收重金属并运输到地上部积累能力的植物,;,后者则是指一些不具有超积累特性但通过一些过程可以诱导出超量积累能力的植物。,1.,植,物,提,取,植物提取,连续,植物提取,:,诱导,植物提取,:,植物在,整个生命周期,中都能吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属。,某些植物只能在,一段时期,内吸收重金属，或,整个,生命期中都吸收,但吸收量很低,，辅以络合剂等理化措施诱导植物积累更多金属元素。,EDTA,、,DTPA,柠檬酸等,印度芥菜在高浓度可溶性,Pb,营养液中培养一段时间后,茎中,Pb,含量达到；,印度芥菜还能吸收积累,Cr,、,Cu,、,Zn,、,Cd,、,Ni,等重金属,植物提取,/,例子,东南景天,(Sedum alfredii H),由杨肖娥等发现的第一种,Zn,超富集植物。地上部的,Zn,含量达,5000ppm.,富集系数达以上,。,蜈蚣草（,Pteris vittata Linn.,）,第一种在我国发现的,As,超富集植物，由陈同斌等发现,商陆：,Mn,鸭跖草：,Cu,是利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中的重金属转化为可挥发态,或者植物将土壤中的重金属吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中,从而净化土壤。植物挥发要求被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质,以减轻对环境危害。目前在这方面研究较多的是,Hg,和,Se,。,Se,的化合物形态对人的毒性最强,元素,Se,毒性最小,。,2.,植,物,挥,发,Se,以硒酸盐、亚硒酸盐和有机态硒的形态为植物所吸收。某些湿地植物可清除土壤中的,Se,其中单质占,75%,挥发态占,20%25%17,可通过植物体内三磷酸腺苷,(ATP),硫化酶的作用还原成低毒性的,CH3SeCH3,和,CH3SeSeCH3,。高毒性的,Se(),可被杨麻根系分泌物转变成低毒性的气态甲基硒而挥发,。,东南景天(Sedum alfredii H)由杨肖娥等发现的第一种Zn 超富集植物。,4）植物器官往往会腐烂、落叶，最终重金属重返土壤。,其中常见的重金属有镉、铬、汞、铅、铜、锌、银、锡等。,3）专一性强，只作用于一种或两种特定的重金属元素，对土壤中其他含量较高的重金属表现出中毒症状；,如植物可通过分泌磷酸盐与铅结合成难溶的磷酸铅,使铅固化而降低铅的毒性;植物能使毒性较高的Cr6+转变为基本没有毒性的Cr3+。,2）多为野生型植物，对生物气候条件的要求也比较严格，区域性分布较强，引种受到严重限制；,优点：植物修复技术较其他物理、化学和生 物的方法更受到社会的欢迎。,可利用性：可吸收态、交换态、难吸收态。,4）植物器官往往会腐烂、落叶，最终重金属重返土壤。,（1)我国地理地质条件复杂多样,有着丰富的植物资源,因而可能蕴藏着大量超富集植物,为我国开展有关研究提供了良好的基础。,(2)在植物修复方面已进行过探索与初步尝试,如国内外有关人士对土壤重金属含量的研究等,为土壤重金属污染植物修复提供了大量的基础性数据及参考资料。,我国受重金属污染的耕地面积近20 万km2,约占耕地总面积。,金属污染土壤的植物修复技术是指利用植物修复和消除由有机毒物和无机废气物造成的土壤环境污染,是一种利用自然生长植物或遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境的技术总称,它是通过植物系统及其根际微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境污染物。,Hg,是一种对环境危害很大的易挥发性重金属,在土壤中以多种形态存在,如无机汞、有机汞。高毒汞可经植物气化后变成低毒汞,如拟南芥菜能将,Hg,变成低毒的单质汞挥发掉。植物挥发修复技术应用于修复重金属污染土壤,能有效去除土壤中的重金属,但只限于挥发性重金属的修复,应用范围较小,而且是将,Hg,、,S e,等挥发性重金属转移到大气中,有没有环境风险有待于进一步研究,因此,在采用植物挥发修复技术时应持谨慎态度。,植物稳定是指植物通过某种生化,过程使污染基质中重金属的流动性降,低,生物可利用性下降,从而减轻重金,属的毒性。植物稳定修复的作用,:,一是通过根部累积、沉淀、转化重金属,或通过根表面吸附作用固定重金属,。,二是保护污染土壤不受风蚀、水蚀,减少重金属渗漏污染地下水和向四周迁移污染周围环境。,3.,植,物,稳,定,如植物可通过分泌磷酸盐与铅结合成难溶的磷酸铅,使铅固化而降低铅的毒性,;,植物能使毒性较高的,Cr6+,转变为基本没有毒性的,Cr3+,。,这类植物一般具有两个特征,:,一是,能在高含量重金属污染土壤上生长,二是,根系发达及分泌物能够吸附、沉淀或还原重金属。值得注意的是植物稳定修复并没有从土壤中将重金属去除,只是暂时将其固定,当土壤环境发生变化时重金属仍可能重新活化并恢复毒性,因而,没有彻底解决重金属污染问题。重金属污染土壤的植物稳定修复是一项正在发展中的技术,若与原位化学钝化技术相结合可能会显示出更大的应用潜力。未来的研究方向可能是耐性植物、特异根分泌植物的筛选,以及稳定修复植物与原位钝化联合修复技术的研究。,(4)大量土壤重金属污染有待修复,我国黑色金属矿山每年排放剥离岩土量达2.,3）专一性强，只作用于一种或两种特定的重金属元素，对土壤中其他含量较高的重金属表现出中毒症状；,植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态物质，释放到大气中。,4）植物器官往往会腐烂、落叶，最终重金属重返土壤。,活化：根系通过改变根系环境如分泌有机酸，提高金属离子有效性，与土壤颗粒竞争获得重金属离子。,这些植物有两大类:超积累植物和诱导的积累植物。,植物液泡往往是金属离子钝化后的储存场所，在液泡内形成有机酸复合物，积累并起到解毒作用。,Hg 是一种对环境危害很大的易挥发性重金属,在土壤中以多种形态存在,如无机汞、有机汞。,忍耐：无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自然成活，称为富集植物。,某些湿地植物可清除土壤中的Se,其中单质占75%,挥发态占20%25%17,可通过植物体内三磷酸腺苷(ATP)硫化酶的作用还原成低毒性的CH3SeCH3 和CH3SeSeCH3。,优点：植物修复技术较其他物理、化学和生 物的方法更受到社会的欢迎。,重 金 属 的 概 念,4、超积累植物的局限性,地上部的Zn含量达5000ppm.,转运系统及细胞内的高亲和性结合位点介导和驱动离子的跨膜运输,未来的研究方向可能是耐性植物、特异根分泌植物的筛选,以及稳定修复植物与原位钝化联合修复技术的研究。,优点：,植物修复技术较其他物理、化学和生,物的方法更受到社会的欢迎。该技术成本低,;,对环境扰动少,;,清理土壤中重金属污染物的同时,可以清除污染土壤周围的大气或水体载体中的污染物,;,有较高的美化环境价值,易为社会所接受,;,植物修复重金属污染物的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程,被植物修复过的干净土壤适合于多种农作物的生长,;,植物固化技术能使地表长期稳定有利于生态环境改善和野生生物的繁衍,而且维持固化的成本低。,植物修复的优缺点,缺点：,(1),要针对不同污染状况的土壤选用不同的生态型植物。重金属污染严重的土壤应选用超积累植物,而污染较轻的土壤应栽种耐重金属植物。,(2),一种植物往往只吸收,1,2,种重金属元素,对土壤中其他浓度较高的重金属则表现出某些中毒症状,从而限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用。,(3),用于清理重金属污染土壤的超积累植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、修复重金属污染土地需要时间太长,经济上不一定合理。,积累大量重金属植物的再处理也是一个棘手的问题,还存在污染物及其降解产物的重新活化问题。除了超积累植物本身的缺点之外,还有其他因素也影响植物修复的有效性,如土壤微生物活性、土壤本身的理化特性,还有污染区的气候地理条件。,(4),大量土壤重金属污染有待修复,我国黑色金属矿山每年排放剥离岩土量达,2.0,亿,t,有色金属直属矿山每年排放固体废物,0.6,亿,t,占用各类土地达,2,万,km2,。我国受重金属污染的耕地面积近,20,万,km2,约占耕地总面积。,(5),由于植物修复更适应环境保护的要求,因此植物修复是目前重金属污染土壤修复最有发展前途的一种方法,受到世界各国政府、科技界和企业界高度重视和青睐。无论从投资成本还是管理等多方面考虑,采用植物修复都是一条非常适合我国国情的治理污染土壤的途径。,按本身存在的形态,：水溶态、有机质结合态、碳酸盐结合态、,Fe-Mn,氧化物结合态以及包含于矿物晶格中的残渣态。,可利用性：,可吸收态、交换态、难吸收态。,重金属的游离离子及螯合离子易被植物所吸收，残渣态的难被植物吸收，交换态,介于两者,之间。,1,、土壤重金属的形态,长期生长于污染土壤中的植物对环境胁迫往往形成了三类适应模式，各自特点为,:,抵御：,与根际周围的各类真、细菌组成菌根，形成防御体系共同抵制外界污染物质的侵害。,忍耐：,无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自然成活，称为富集植物。,利用：,因为自身生理的需要，土壤中污染物质含量要达到一定数值才能成活，称为超积累植物。,2,、植物对污染环境的适应模式,超积累植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其他普通植物含量的,100,倍,以上；,在污染地生长旺盛，生物量大，能,正常,完成生活史；,富集系数,(BCF),和转运系数,(TF),都,大于,l,。一般而言，植物体内重金属临界含量为,Zn:l0000mg,kg,Cd:l00mg,kg,Au:l mg,kg,Pb,、,Cu,、,Ni,、,Co,均为,1000mg,kg.,2,、超积累植物特征,地